En kopplingskondensator är en kondensator som används för att koppla eller länka samman endast växelströmssignalen från ett kretselement till ett annat. Kondensatorn blockerar likströmssignalen från att komma in i det andra elementet och låter således endast växelströmssignalen passera.
Användning av kopplingskondensatorer
Kopplingskondensatorer är användbara i många typer av kretsar där växelströmssignaler är de önskade signalerna som ska ges ut medan likströmssignaler bara används för att ge ström till vissa komponenter i kretsen, men inte ska förekomma i utgången.
En kopplingskondensator används till exempel normalt i en ljudkrets, till exempel en mikrofonkrets. Likström används för att ge ström till delar av kretsen, till exempel mikrofonen, som behöver likström för att fungera. Så likströmsignaler måste finnas i kretsen för att kunna ge ström. Men när en användare talar i mikrofonen är talet en växelströmssignal, och denna växelströmssignal är den enda signal i slutändan som vi vill ha utdelad. När vi skickar växelströmssignalerna från mikrofonen till utgångsutrustningen, till exempel högtalare som ska spelas upp eller en dator som ska spelas in, vill vi inte skicka vidare likströmssignalen; kom ihåg att likströmssignalen bara var till för att driva delar av kretsen. Vi vill inte att den ska synas på utgångsinspelningen. På utgången vill vi bara ha växelspelsignalen. Så för att se till att endast växelströmmen passerar medan likströmssignalen blockeras, placerar vi en kopplingskondensator i kretsen.
Hur man placerar en kopplingskondensator i en krets
För att placera en kondensator i en krets för växelströmskoppling kopplas kondensatorn i serie med den belastning som ska kopplas.
En kondensator kan blockera låga frekvenser, till exempel likström, och släppa igenom höga frekvenser, till exempel växelström, eftersom det är en reaktiv enhet. Den reagerar på olika frekvenser på olika sätt. Mot lågfrekventa signaler har den en mycket hög impedans, eller motstånd, så lågfrekventa signaler blockeras från att passera. För högfrekventa signaler har den en låg impedans eller ett lågt motstånd, så högfrekventa signaler passerar lätt igenom.
Hur man väljer värdet på kopplingskondensatorn
När vi nu vet vad en kopplingskondensator är och hur den ska placeras i en krets för att koppla, är nästa sak hur man väljer ett lämpligt värde för kopplingskondensatorn.
Värdet på kopplingskondensatorn beror på frekvensen på växelströmssignalen som leds igenom.
Kondensatorer är reaktiva enheter, vilket innebär att de erbjuder olika impedans (eller motstånd) för signaler med olika frekvenser. Mot lågfrekventa signaler, t.ex. likström med en frekvens på 0 Hz, erbjuder kondensatorer ett mycket högt motstånd. Detta är anledningen till att kondensatorer kan blockera DC-signaler från att passera genom dem. När signalens frekvens ökar erbjuder kondensatorn emellertid successivt mindre motstånd. Kondensatorns reaktans förändras enligt formeln reaktans= 1/2πfC, därf är frekvensen och C är kapacitansen. Du kan alltså se att den reaktans som kondensatorn erbjuder är proportionell mot frekvensen och kapacitansen.
Då kondensatorer erbjuder mindre reaktans vid högre frekvenser krävs ett mycket lågt kapacitansvärde för att låta dem passera igenom. Så mycket högfrekventa signaler behöver endast mycket små kondensatorer, t.ex. i picofarad-området (pF).
Kondensatorer ger större reaktans vid lägre frekvenser. Därför behöver de mycket större kapacitansvärden för att låta dessa lågfrekventa signaler passera igenom. Så lågfrekventa signaler kommer att kräva kondensatorer i mikrofaradområdet.
Så kopplingskondensatorer används i många olika tillämpningar. En av de vanligaste tillämpningarna är för förstärkare. De kan dock användas i praktiskt taget alla kretsar som kräver DC-blockering med AC-koppling, t.ex. radiofrekvenstillämpningar (RF).
Då ljudfrekvens- och radiofrekvenstillämpningar passar ett brett frekvensområde som innebär frekvenser från hertz hela vägen till megahertz, täcker detta alla de frekvenser som är nödvändiga för kopplingstillämpningar.
Nedan följer en grundläggande grov riktlinje för kondensatorer som kan användas för olika frekvenser.
För att koppla en 100 Hz-signal kan en kondensator på 10μF användas.
För en 1000 Hz-signal kan en 1μF-kondensator användas.
För en 10 kHz-signal kan en 100nF-kondensator användas.
För en 100KHz-signal kan en 10nF-kondensator användas.
För en 1MHz-signal kan en 1nF-kondensator användas.
För en 10MHz-signal kan en 100pF-kondensator användas.
För en 100MHz-signal kan en 10pF-kondensator användas.
Detta är en grov uppskattning som kommer att vara effektiv de flesta gånger. Den enda variabel som kan påverka ovanstående värden är motståndet parallellt med kondensatorn.
Om motståndet parallellt med kondensatorn är ungefär 10 KΩ eller mindre kommer alla värden att gälla. Vanligtvis är motståndet mycket mindre än detta belopp.
Och om motståndet är större, t.ex. mellan 10KΩ och 100KΩ, kan du dela ovanstående kondensator med 10. Det innebär att du kan använda en ännu mindre kondensator. Det är helt okej om du använder kondensatorn ovan, kopplingen kommer att fungera lika bra. Men du kan använda en ännu mindre kondensator, för om motståndet i parallell är större gör det att växelströmssignalen väljer kondensatorvägen så mycket lättare än motståndsvägen, eftersom kondensatorvägen har mycket mindre motstånd jämfört med motståndet om motståndet är större. Så när motståndet ökar kan kapacitansvärdet minska. Men återigen kan det aldrig skada att använda ett större kondensatorvärde än vad som behövs. Att använda en mindre kondensator kan det däremot.
Detta är alltså en effektiv metod för att välja värdet på en kopplingskondensator. Den möjliggör lågfrekvent eller högfrekvent koppling.
Men medan kopplingskondensatorer släpper igenom växelströmssignaler till utgången gör frikopplingskondensatorer i stort sett det motsatta; frikopplingskondensatorer shuntar växelströmssignaler till jord och släpper igenom likströmssignalen i en krets. Avkopplingskondensatorer är utformade för att rena likströmssignaler från växelströmsbrus.